JP7493481B2 - Ultrasound Imaging Device - Google Patents

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Description

本発明は、超音波撮像装置に関する。 The present invention relates to an ultrasound imaging device.

生体中の音速は、脂肪・筋肉などの組織により異なり、また個人差も有する。超音波撮像装置は、超音波素子列から生体に向かって超音波を送信し、それより生体内で生じたエコー信号を受信し、得られた受信信号(チャンネルRF信号)を、受信焦点と各超音波素子との距離に応じた遅延時間により遅延させた後加算等する受信ビームフォーミング処理を行う。受信ビームフォーミングの際の遅延時間は、一般的には、生体内を伝搬する超音波の音速の平均値等を予め設定し、これを用いて算出されている。しかしながら、設定音速と実際の音速が異なると、各チャンネルのエコー信号間のコヒーレント性が低下し、低画質化に繋がる。 The speed of sound in a living body varies depending on tissues such as fat and muscle, and also varies from person to person. An ultrasound imaging device transmits ultrasound from an array of ultrasound elements toward a living body, receives echo signals generated within the living body, and performs receive beamforming processing in which the resulting received signals (channel RF signals) are delayed by a delay time according to the distance between the receiving focus and each ultrasound element, and then added. The delay time during receive beamforming is generally calculated using a preset average value of the speed of sound of ultrasound propagating within the living body. However, if the set sound speed differs from the actual sound speed, the coherence between the echo signals of each channel decreases, leading to poor image quality.

そこで、非特許文献1に記載の技術では、撮像対象から得たチャンネルRF信号を一旦保存し、受信ビームフォーミングに用いる音速を複数種類に変化させ、音速ごとの遅延時間を算出する。算出した遅延時間を用いて受信ビームフォーミングを行って、複数種類の音速ごとに超音波画像を生成し、それらの画像のフォーカス度合を評価する。求めたフォーカス度合に基づいて、最適な遅延時間を定め、超音波画像を生成する。これにより、撮像対象に適した音速で、超音波画像を撮像することができる。このような最良の画像が得られるビームフォーミング音速は、組織の物性値としての音速と区別して平均音速などと呼ばれる。撮像対象の物性値音速が一様であれば、平均音速と物性値音速は一致するが、撮像対象が複数の物性値音速を有する場合には、超音波の伝搬経路中の平均な音速が、最適なビームフォーミング音速として推定される。 In the technology described in Non-Patent Document 1, the channel RF signal obtained from the imaging target is temporarily stored, the sound speed used for receive beamforming is changed to multiple types, and the delay time for each sound speed is calculated. Using the calculated delay time, receive beamforming is performed to generate ultrasound images for each of the multiple sound speeds, and the focus degree of these images is evaluated. Based on the obtained focus degree, an optimal delay time is determined and an ultrasound image is generated. In this way, an ultrasound image can be captured at a sound speed suitable for the imaging target. The beamforming sound speed at which such an optimal image is obtained is called the average sound speed, etc., to distinguish it from the sound speed as the physical property value of tissue. If the physical property sound speed of the imaging target is uniform, the average sound speed and the physical property sound speed are the same, but if the imaging target has multiple physical property sound speeds, the average sound speed in the ultrasound propagation path is estimated as the optimal beamforming sound speed.

一方、非特許文献2には、受信信号のコヒーレンス性に応じて信号に重み付けをすることで、コヒーレンス性の低いアーチファクトやノイズ成分を抑制するアダプティブビームフォーミング(Adaptive-beamforming)技術が開示されている。 On the other hand, Non-Patent Document 2 discloses an adaptive beamforming technology that suppresses low-coherence artifacts and noise components by weighting the received signal according to its coherence.

David Napolitano, et.al,”Sound speed correction in ultrasound imaging, Ultrasonics”,Volume 44, p43-46(2006),ISSN 0041-624XDavid Napolitano, et.al,”Sound speed correction in ultrasound imaging, Ultrasonics”,Volume 44, p43-46(2006),ISSN 0041-624X S. M. Hverven, O. M. H. Rindal, A. Rodriguez-Molares and A. Austeng, "The influence of speckle statistics on contrast metrics in ultrasound imaging," 2017 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS), Washington, DC, USA, 2017, pp. 1-4S. M. Hverven, O. M. H. Rindal, A. Rodriguez-Molares and A. Austeng, "The influence of speckle statistics on contrast metrics in ultrasound imaging," 2017 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS), Washington, DC, USA, 2017, pp. 1-4

撮像対象は音速の異なる複数の組織が複雑な配置で含まれるため、画素単位でのフォーカス度合を評価することができれば、コヒーレンス性の高い画素を抽出でき、音速推定のロバスト性、推定精度の向上や、アーチファクト・ノイズを低減した高画質な撮像が可能になる。 Since the imaging subject contains multiple tissues with different sound speeds arranged in a complex manner, if the degree of focus can be evaluated on a pixel-by-pixel basis, pixels with high coherence can be extracted, improving the robustness and accuracy of sound speed estimation and enabling high-quality imaging with reduced artifacts and noise.

しかしながら、非特許文献1の技術は、複数種類の音速ごとに超音波画像を生成して、画像ごとにそのフォーカス度合を評価することはできるが、画素単位でのフォーカス度合を評価することはできない。 However, the technology in Non-Patent Document 1 can generate ultrasound images for multiple types of sound speeds and evaluate the degree of focus for each image, but cannot evaluate the degree of focus on a pixel-by-pixel basis.

一方、アダプティブビームフォーミング技術では、各チャンネルのエコー信号間の相関演算が用いられるため、演算量が大きく、装置のフロントエンドに、適応ビームフォーミング専用回路や専用ソフトウエア等を搭載する必要がある。 On the other hand, adaptive beamforming technology requires a large amount of calculations because it uses correlation calculations between the echo signals of each channel, and it is necessary to install dedicated adaptive beamforming circuits and software on the front end of the device.

本発明の目的は、少ない演算量で、画素ごとに受信信号のコヒーレンス性指標を算出し、高画質な超音波画像を得ることにある。 The objective of the present invention is to calculate the coherence index of the received signal for each pixel with a small amount of calculation, and to obtain high-quality ultrasound images.

上記目的を達成するために、本発明の超音波撮像装置は、受信信号を格納するメモリと、超音波画像生成部と、音速変化画像生成部と、コヒーレンス指標算出部とを有する。メモリは、超音波の送信を受けた撮像対象において反射された超音波を、複数の超音波素子の列が受信し、超音波素子ごとに出力する受信信号を格納する。超音波画像生成部は、メモリから複数の超音波素子ごとの受信信号を受け取って、ビームフォーミング用音速に基づいて設定した遅延時間を用いて受信ビームフォーミング処理することにより、所定の撮像範囲について画像を生成する。音速変化画像生成部は、ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の画像を超音波画像生成部に生成させるか、または、超音波画像生成部が生成した画像のデータに基づいて生成する。コヒーレンス指標算出部は、音速変化画像生成部が生成した複数種類の画像間の対応する位置の画素の信号強度をビームフォーミング用音速の順に並べることによりビームフォーミング用音速方向の信号強度の変化を求め、求めた信号強度の変化に基づいて当該画素のビームフォーミングに用いた複数の前記受信信号のコヒーレンス性を表すコヒーレンス指標を算出する。 In order to achieve the above object, the ultrasound imaging device of the present invention has a memory for storing received signals, an ultrasound image generating unit, a sound speed variation image generating unit, and a coherence index calculation unit. The memory stores received signals output from each ultrasound element when an array of multiple ultrasound elements receives ultrasound reflected from an imaging target that has received transmitted ultrasound. The ultrasound image generating unit receives received signals from each of the multiple ultrasound elements from the memory, and generates an image for a predetermined imaging range by performing receive beamforming processing using a delay time set based on the sound speed for beamforming. The sound speed variation image generating unit causes the ultrasound image generating unit to generate multiple types of images in which the sound speed for beamforming is changed to multiple types, or generates the images based on the data of the images generated by the ultrasound image generating unit. The coherence index calculation unit finds the change in signal strength in the direction of the sound speed for beamforming by arranging the signal strengths of pixels at corresponding positions between the multiple types of images generated by the sound speed change image generation unit in the order of the sound speed for beamforming, and calculates a coherence index that represents the coherence of the multiple received signals used in the beamforming of the pixel based on the change in signal strength found.

本発明によれば、少ない演算量で、画素ごとに受信信号のコヒーレンス性指標を算出し、高画質な超音波画像を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to calculate the coherence index of the received signal for each pixel with a small amount of calculation, and obtain high-quality ultrasound images.

実施形態1の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasound imaging apparatus according to a first embodiment. (a)最適な音速で算出した遅延時間で受信信号を遅延させた後加算した信号の波形と、それを用いて生成したB像を示す説明図、(b)最適な音速よりも遅い音速で算出した遅延時間で受信信号を遅延させた後加算した信号の波形と、それを用いて生成したB像を示す説明図。FIG. 1A is an explanatory diagram showing waveforms of signals obtained by delaying received signals by a delay time calculated using an optimal sound speed and then adding them together, and a B image generated using the waveforms; FIG. 1B is an explanatory diagram showing waveforms of signals obtained by delaying received signals by a delay time calculated using a sound speed slower than the optimal sound speed and then adding them together, and a B image generated using the waveforms. (a)および(b)実施形態1の音速変化画像生成部54が生成した3次元データセットと、コヒーレンス指標算出部55の処理を示す説明図、(c)コヒーレンス指標算出部55が抽出した対応する画素の輝度の音速cによる変化を示すグラフ。(a) and (b) are explanatory diagrams showing a three-dimensional data set generated by the sound speed change image generation unit 54 of embodiment 1 and the processing of the coherence index calculation unit 55, and (c) is a graph showing the change in brightness of corresponding pixels extracted by the coherence index calculation unit 55 due to the sound speed c. (a)実施形態1のコヒーレンス性の高い画素の輝度と音速との関係を示すグラフ、(b)実施形態1のコヒーレンス性の低い画素の輝度と音速との関係を示すグラフ。1A is a graph showing the relationship between the luminance and sound speed of a pixel with high coherence according to the first embodiment, and FIG. 1B is a graph showing the relationship between the luminance and sound speed of a pixel with low coherence according to the first embodiment. 実施形態1の平均音速推定部56の処理を示す説明図であり、(a)ROI71内のコヒーレンス指標の分布を示す図、(b)ROI内の信号強度の分布を示す図、(c)平均音速推定部56が求めた、ROI内のコヒーレンス指標と信号強度の積の総和または平均値(フォーカス指標)と、音速との関係を示すグラフ。1A and 1B are explanatory diagrams showing the processing of the average sound speed estimation unit 56 of the first embodiment, in which (a) is a diagram showing the distribution of the coherence index within the ROI 71, (b) is a diagram showing the distribution of the signal intensity within the ROI, and (c) is a graph showing the relationship between the sum or average value (focus index) of the product of the coherence index and the signal intensity within the ROI calculated by the average sound speed estimation unit 56 and the sound speed. 実施形態1の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。4 is a flowchart showing the operation of the ultrasound imaging apparatus according to the first embodiment. 実施形態2の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of an ultrasound imaging apparatus according to a second embodiment. 実施形態2の平均音速推定部56の処理を示す説明図であり、(a)ROI71内のコヒーレンス指標の分布を示す図、(b)最大信号強度が取得される音速のROI内の信号強度の分布を示す図。11A and 11B are explanatory diagrams showing the processing of the average sound speed estimation unit 56 of the second embodiment, in which (a) is a diagram showing the distribution of coherence indices within an ROI 71, and (b) is a diagram showing the distribution of signal intensity within the ROI of the sound speed at which the maximum signal intensity is obtained. 実施形態2の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。10 is a flowchart showing the operation of an ultrasonic imaging apparatus according to a second embodiment. 実施形態3の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of an ultrasound imaging apparatus according to a third embodiment. 実施形態3の画像処理部59の処理を示す説明図であり、(a)画像内のコヒーレンス指標の分布を示す図、(b)画像内の信号強度の分布を示す図、(c)コヒーレンス指標で重み付け後の信号強度の分布を示す図。13A and 13B are explanatory diagrams showing the processing of the image processing unit 59 of the third embodiment, in which (a) is a diagram showing the distribution of coherence indices in an image, (b) is a diagram showing the distribution of signal intensities in an image, and (c) is a diagram showing the distribution of signal intensities after weighting with the coherence indices. 実施形態3の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。11 is a flowchart showing the operation of an ultrasonic imaging apparatus according to a third embodiment. 実施形態4の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of an ultrasound imaging apparatus according to a fourth embodiment. 実施形態4の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。10 is a flowchart showing the operation of an ultrasonic imaging apparatus according to a fourth embodiment. 実施形態5の超音波撮像装置の音速変化画像生成部54の構成を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of a sound speed change image generating unit 54 of an ultrasonic imaging apparatus according to a fifth embodiment. 実施形態5の音速変化画像生成部54の処理を示す説明図。13 is an explanatory diagram showing the process of a sound speed change image generating unit 54 according to the fifth embodiment. 実施形態4の音速変化画像生成部54の処理動作を示すフローチャート。13 is a flowchart showing a processing operation of a sound speed change image generating unit 54 according to the fourth embodiment.

以下、本発明の一実施形態について説明する。 One embodiment of the present invention is described below.

本発明では、撮像対象に超音波を送信し、反射波等を超音波素子列で受信し、複数の異なる音速で受信ビームフォーミングを行った複数種類の画像を生成する。画素ごとの信号強度の音速に対する変化の特徴量から、画素ごとの信号強度を構成する受信ビームフォーミング後受信信号について、その生成に用いられた各チャンネル(超音波素子)の受信信号のコヒーレンス性指標を算出する。これによりチャンネルドメインデータ(各チャンネルの受信信号)内の相関性を算出することなく、コヒーレンス性の高い受信信号から生成された画素を抽出できる。 In the present invention, ultrasound is transmitted to the imaging target, the reflected waves are received by an ultrasonic element array, and multiple types of images are generated by performing receive beamforming at multiple different sound speeds. From the characteristic amount of the change in signal strength for each pixel relative to the sound speed, a coherence index for the received signal of each channel (ultrasonic element) used to generate the received signal after receive beamforming that constitutes the signal strength for each pixel is calculated. This makes it possible to extract pixels generated from highly coherent received signals without calculating the correlation within the channel domain data (received signals for each channel).

これにより、超音波画像の画素ごとに、その画素位置に対応する最適なビームフォーミング音速(平均音速)について、音速推定を行うことが可能である。また、平均音速推定のロバスト性および推定精度の向上を図ることできる。推定した平均音速を用いて受信ビームフォーミング処理を行うことにより、アーチファクト・ノイズを低減した高画質な画像の撮像が可能になる。なお、最適なビームフォーミング音速は、組織の物性値としての音速と区別して、ここでは平均音速と呼ぶ。撮像対象の物性値音速が一様であれば、平均音速と物性値音速は一致するが、通常、撮像対象が複数の物性値音速を有するため、超音波の伝搬経路中の平均な音速が、最適なビームフォーミング音速として推定される。本実施形態では、超音波画像の画素ごとに平均音速推定を行うことができる。 This makes it possible to estimate the optimal beamforming sound speed (average sound speed) for each pixel of the ultrasound image, which corresponds to the pixel position. In addition, the robustness and accuracy of the average sound speed estimation can be improved. By performing receive beamforming processing using the estimated average sound speed, it becomes possible to capture high-quality images with reduced artifact noise. The optimal beamforming sound speed is called the average sound speed here, in order to distinguish it from the sound speed as the physical property value of tissue. If the physical property sound speed of the imaging target is uniform, the average sound speed and the physical property sound speed will be the same, but since the imaging target usually has multiple physical property sound speeds, the average sound speed in the propagation path of the ultrasound is estimated as the optimal beamforming sound speed. In this embodiment, the average sound speed can be estimated for each pixel of the ultrasound image.

また、画素ごとのコヒーレンス性を用いて、異なる音速で受信ビームフォーミングを行った複数種類の画像を合成することにより、高画質な画像を生成することができる。 In addition, high-quality images can be generated by synthesizing multiple types of images that have been subjected to receive beamforming at different sound speeds using the coherence of each pixel.

<<実施形態1>>
以下、実施形態1の超音波撮像装置について説明する。図1は、本実施形態の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
<<Embodiment 1>>
Hereinafter, a description will be given of an ultrasonic imaging apparatus according to embodiment 1. Fig. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment.

実施形態1では、画素ごとのコヒーレンス指標を算出した後、撮像対象の平均音速を推定し、推定した平均音速により以降の受信ビームフォーミングを行う。 In the first embodiment, after calculating the coherence index for each pixel, the average sound speed of the imaging target is estimated, and subsequent receive beamforming is performed based on the estimated average sound speed.

本実施形態の超音波撮像装置30は、図1に示すように、送信ビームフォーマ31と、送受切り替え部(T/R)33と、信号処理装置50と、入力部35と、制御部36と、表示部37とを備えて構成される。超音波撮像装置30には、探触子20が接続されている。探触子20内には、超音波素子21の列(アレイ)が備えられている。 As shown in FIG. 1, the ultrasound imaging device 30 of this embodiment is configured to include a transmit beamformer 31, a transmit/receive switching unit (T/R) 33, a signal processing device 50, an input unit 35, a control unit 36, and a display unit 37. A probe 20 is connected to the ultrasound imaging device 30. The probe 20 includes a row (array) of ultrasonic elements 21.

信号処理装置50は、超音波画像を生成するための構成として、チャンネルメモリ32と、超音波画像生成部52を備えている。また、信号処理装置50は、コヒーレンス指標を算出するための構成として、音速変化画像生成部54と、コヒーレンス指標算出部55を、3次元データセットメモリ58とを備えている。さらに、信号処理装置50は、コヒーレンス指標から平均音速を推定するための構成として、平均音速推定部56とを備えている。 The signal processing device 50 includes a channel memory 32 and an ultrasound image generating unit 52 as components for generating an ultrasound image. The signal processing device 50 also includes a sound speed change image generating unit 54, a coherence index calculating unit 55, and a three-dimensional data set memory 58 as components for calculating a coherence index. The signal processing device 50 also includes an average sound speed estimating unit 56 as a component for estimating the average sound speed from the coherence index.

送信ビームフォーマ31は、送信信号を生成して、送受切り替え部(T/R)33を介して1以上の超音波素子21に受け渡す。送信信号を受け取った超音波素子21は、送信信号を超音波に変換して撮像対象10へ送信する。撮像対象10で反射等した超音波は、複数の超音波素子21の列に到達し、複数の超音波素子21はそれぞれ、超音波を受信信号(チャンネルRF信号)に変換し、時系列に出力する。 The transmit beamformer 31 generates a transmit signal and passes it to one or more ultrasonic elements 21 via a transmit/receive switching unit (T/R) 33. The ultrasonic element 21 that receives the transmit signal converts the transmit signal into ultrasonic waves and transmits them to the imaging target 10. The ultrasonic waves reflected by the imaging target 10 reach a row of multiple ultrasonic elements 21, and each of the multiple ultrasonic elements 21 converts the ultrasonic waves into a receive signal (channel RF signal) and outputs it in a time series.

複数の超音波素子21がそれぞれ出力する時系列な受信信号は、チャンネルメモリ51に格納される。 The time-series received signals output by each of the multiple ultrasonic elements 21 are stored in the channel memory 51.

超音波画像生成部52は、受信ビームフォーマ53を含む。受信ビームフォーマ53は、チャンネルメモリ51から複数の超音波素子21ごとの受信信号を受け取って、予め設定した遅延時間ずつ遅延させた後加算することにより、予め定めたスキャンライン(受信走査線)上の受信焦点にそれぞれ受信焦点を合わせる。この受信ビームフォーミングをスキャンライン上に所定の間隔で設定された複数の受信焦点について、順次行うことにより、受信ビームフォーミング後受信信号を得る。 The ultrasound image generating unit 52 includes a receive beamformer 53. The receive beamformer 53 receives receive signals from the channel memory 51 for each of the multiple ultrasonic elements 21, delays the signals by a preset delay time, and then adds them up to focus the signals on a predetermined scan line (receive scanning line). This receive beamforming is performed sequentially for multiple receive focuses set at a predetermined interval on the scan line to obtain a receive signal after receive beamforming.

超音波画像生成部52は、予め定められたスキャンライン毎に受信ビームフォーマ53に受信ビームフォーミング処理を実行させる。超音波画像生成部52は、受信ビームフォーマ53により生成されたスキャンラインごとの受信ビームフォーミング後受信信号を並べることにより、超音波画像を生成する。 The ultrasound image generating unit 52 causes the receive beamformer 53 to execute receive beamforming processing for each predetermined scan line. The ultrasound image generating unit 52 generates an ultrasound image by arranging the receive signals after receive beamforming for each scan line generated by the receive beamformer 53.

なお、遅延時間は、その受信焦点と超音波素子21との距離を、設定した受信ビームフォーミング用音速により除した時間であり、スキャンラインの受信焦点ごとに超音波画像生成部52により生成され、受信ビームフォーマ53に設定される。 The delay time is the distance between the receiving focus and the ultrasonic element 21 divided by the set sound speed for receiving beamforming, and is generated by the ultrasonic image generating unit 52 for each receiving focus of the scan line and set in the receiving beamformer 53.

このとき、ビームフォーミング用音速が、撮像対象の組織の音速に一致している場合、その音速に基づいて設定された遅延時間により、受信ビームフォーマ53が遅延させた各超音波素子21の受信信号は、図2(a)に示すように、位相がそろっている(コヒーレンス性が高い)。このため、受信ビームフォーマ53により加算後の受信信号の振幅は大きくなる。この受信ビームフォーミング後受信信号を用いて生成された超音波画像(B像)は、輝度が大きく、しかも像の広がりが小さい。 At this time, when the sound speed for beamforming matches the sound speed of the tissue to be imaged, the received signals of each ultrasonic element 21 delayed by the receive beamformer 53 based on the delay time set based on that sound speed are in phase (high coherence) as shown in FIG. 2(a). Therefore, the amplitude of the received signal after addition by the receive beamformer 53 is large. The ultrasound image (B image) generated using the received signal after this receive beamforming has high brightness and small image spread.

一方、ビームフォーミング用音速が、撮像対象の組織の音速よりも遅い場合、その音速に基づいて設定された遅延時間により、受信ビームフォーマ53が遅延させた各超音波素子21の受信信号は、図2(b)に示すように、図2(a)の場合よりも位相が揃わない(コヒーレンス性が低い)。このため、受信ビームフォーマ53により加算後の受信信号の振幅は、図2(a)の場合よりも小さくなり、かつ、信号の広がりが大きくなる。この図2(b)の受信ビームフォーミング後受信信号を用いて生成された超音波画像(B像)は、図2(a)と比較して輝度が小さく、しかも像の広がりが大きい。 On the other hand, when the sound speed for beamforming is slower than the sound speed of the tissue to be imaged, the received signals of each ultrasonic element 21 delayed by the receive beamformer 53 due to the delay time set based on the sound speed are not in phase (lower coherence) as shown in FIG. 2(b) compared to the case of FIG. 2(a). Therefore, the amplitude of the received signal after addition by the receive beamformer 53 is smaller than that in FIG. 2(a) and the signal spread is larger. The ultrasound image (B image) generated using the received signal after receive beamforming in FIG. 2(b) has lower brightness and larger image spread compared to FIG. 2(a).

本実施形態では、図2(a),(b)のようにビームフォーミング用音速によって画素の輝度が変化することに着目し、その画素の生成に用いた受信信号の遅延後のコヒーレンス性を評価する。 In this embodiment, we focus on the fact that pixel brightness changes depending on the sound speed for beamforming, as shown in Figures 2(a) and (b), and evaluate the coherence after delay of the received signal used to generate that pixel.

まず、音速変化画像生成部54は、ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の画像を超音波画像生成部52に生成させる。具体的には、音速変化画像生成部54は、超音波画像生成部52に、予め定めておいた範囲および間隔のビームフォーミング用音速(例えば1400~1650m/sの範囲の音速を10m/s間隔で選択した音速)を順次設定し、ビームフォーミング用音速ごとに画像を順次生成させる。超音波画像生成部52は、設定されたビームフォーミング用音速ごとに遅延時間を算出し、受信ビームフォーマ53に設定する。これにより、超音波画像生成部52は、ビームフォーミング用音速の異なる複数種類の画像61,62,63・・・を順次生成する。 First, the sound speed variation image generating unit 54 causes the ultrasound image generating unit 52 to generate a plurality of types of images in which the sound speed for beamforming is varied into a plurality of types. Specifically, the sound speed variation image generating unit 54 sequentially sets a predetermined range and interval of sound speed for beamforming (for example, a sound speed selected from a range of sound speeds of 1400 to 1650 m/s at intervals of 10 m/s) in the ultrasound image generating unit 52, and sequentially generates an image for each sound speed for beamforming. The ultrasound image generating unit 52 calculates a delay time for each set sound speed for beamforming, and sets it in the receive beamformer 53. As a result, the ultrasound image generating unit 52 sequentially generates a plurality of types of images 61, 62, 63, ... with different sound speeds for beamforming.

ここでは、画像61,62、63・・・は、図1に示すように、超音波素子21の列方向(x方向)と、撮像対象10の深度方向(z方向)の2次元平面の画像である。音速変化画像生成部54は、複数種類の画像61,62,63・・・をビームフォーミング用音速方向(c方向)に並べて、3次元データセットを生成し、生成した画像を3次元データセットメモリ58に格納する。 Here, the images 61, 62, 63, etc. are two-dimensional planar images in the row direction (x direction) of the ultrasonic elements 21 and the depth direction (z direction) of the imaging target 10, as shown in FIG. 1. The sound speed change image generating unit 54 arranges the multiple types of images 61, 62, 63, etc. in the sound speed direction (c direction) for beamforming to generate a three-dimensional data set, and stores the generated images in the three-dimensional data set memory 58.

図3(a)~(c)に示すように、コヒーレンス指標算出部55は、複数種類の画像61,62,62・・・の対応する位置(例えば、座標(x,z)=(3,7))の画素61a,62a、63aの信号強度を、ビームフォーミング用音速cの順に並べる。信号強度とは具体的には、検波後の振幅値を用いてもよく、またはログ圧縮後の振幅値を用いてもよい。これによりビームフォーミング用音速方向(c方向)の信号強度の変化を求め、求めた信号強度の変化に基づいて画素61a,62a、63aの受信ビームフォーミングに用いた複数の受信信号のコヒーレンス性を表すコヒーレンス指標を算出する。 As shown in Figures 3(a) to (c), the coherence index calculation unit 55 arranges the signal intensities of pixels 61a, 62a, and 63a at corresponding positions (e.g., coordinates (x,z) = (3,7)) of multiple types of images 61, 62, 62... in the order of sound speed c for beamforming. Specifically, the signal strength may be the amplitude value after detection, or the amplitude value after log compression. In this way, the change in signal strength in the sound speed direction for beamforming (direction c) is obtained, and a coherence index that indicates the coherence of multiple received signals used in the receive beamforming of pixels 61a, 62a, and 63a is calculated based on the change in signal strength obtained.

具体的には、図3(c)に示すようにコヒーレンス指標算出部55は、ビームフォーミング用音速cを横軸とし、信号強度の大きさを縦軸とし、ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の画像61,62、63・・・の対応する画素61a,62a、63a・・・の信号強度の変化を表すグラフを生成する。コヒーレンス指標算出部55は、このグラフにおいて、信号強度の変化を表す曲線70を求める。 Specifically, as shown in FIG. 3(c), the coherence index calculation unit 55 generates a graph showing the change in signal intensity of corresponding pixels 61a, 62a, 63a... in multiple types of images 61, 62, 63... with different sound velocities for beamforming, with the horizontal axis being the sound velocity c for beamforming and the vertical axis being the magnitude of signal intensity. The coherence index calculation unit 55 obtains a curve 70 in this graph that shows the change in signal intensity.

図4(a)に示すように、曲線70は、画素61a,62a、63a等が、撮像対象10内の構造物等のようにコヒーレンス性の高い実信号を画像化した画素の場合、最適音速(撮像対象10の当該画素位置の組織の音速)で振幅が最大となり、上向きに凸の形状(山型)であり、2次の多項式で比較的よく近似できるという特徴があることを発明者らは見出した。すなわち、曲線70は、2次の多項式で近似した場合、2次の係数が負値であり、かつ、重回帰分析における決定係数Rが高い。決定係数Rは式(1)により算出される。

Figure 0007493481000001
As shown in Fig. 4(a), the inventors have found that the curve 70 has a feature that, when the pixels 61a, 62a, 63a, etc. are pixels that image real signals with high coherence such as structures in the imaging target 10, the amplitude is maximum at the optimal sound speed (the sound speed of the tissue at the pixel position of the imaging target 10), the curve has an upward convex shape (mountain shape), and can be relatively well approximated by a second-order polynomial. That is, when the curve 70 is approximated by a second-order polynomial, the second-order coefficient is a negative value, and the coefficient of determination R2 in the multiple regression analysis is high. The coefficient of determination R2 is calculated by formula (1).
Figure 0007493481000001

一方、図4(b)に示すように、画素61a,62a、63a等が、サイドローブなどのアーチファクト成分やノイズ成分のようにコヒーレンス性の低い信号を画像化した画素の場合、最適音速(撮像対象10の当該画素位置の組織の音速)で振幅が低く、下向きに凸の形状(谷型)であり、くびれをもつなど、複雑な変化パターンがみられる。そのため、曲線70は、2次の多項式でうまく近似できない。すなわち、曲線70は、2次の多項式で近似した場合、2次の係数が正値であり、かつ、重回帰分析における決定係数Rが低い。 On the other hand, as shown in Fig. 4B, when the pixels 61a, 62a, 63a, etc. are pixels that image signals with low coherence such as artifact components such as side lobes and noise components, the amplitude is low at the optimal sound velocity (sound velocity of the tissue at the pixel position of the imaging target 10), and a complex change pattern is observed, such as a downward convex shape (valley type) and a constriction. Therefore, the curve 70 cannot be well approximated by a second-order polynomial. In other words, when the curve 70 is approximated by a second-order polynomial, the second-order coefficient is a positive value and the coefficient of determination R2 in the multiple regression analysis is low.

そこで、コヒーレンス指標算出部55は、曲線70が上向きに凸の形状か否か、曲線の変化量、曲線の予め定めた多項式への近似精度、および、曲線の極値のうちの少なくとも一つの特徴量を算出し、一つ以上の特徴量からコヒーレンス指標を算出する。 The coherence index calculation unit 55 then calculates at least one of the following features: whether the curve 70 has an upward convex shape, the amount of change in the curve, the accuracy of approximation of the curve to a predetermined polynomial, and the extreme values of the curve, and calculates a coherence index from one or more of the features.

一例としては、コヒーレンス指標算出部55は、下記(式2)および(式3)により、コヒーレンス指標を算出する。(式2)では、変数hを用意し、2次の多項式近似における2次の係数が0以上のとき変数hは0とし、2次の多項式近似における2次の係数が負のとき、即ち上に凸の形状(山型)のときは、2次の多項式近似において(式1)で算出される決定係数Rを変数hの値とする。そして変数hを用いて(式3)のように、変数hが0から1に大きくなるほど、出力が0から1に大きくなるような重み付け関数を用いてコヒーレンス指標WCFを算出する。

Figure 0007493481000002
Figure 0007493481000003
平均音速推定部56は、コヒーレンス指標算出部55が算出したコヒーレンス指標と、ビームフォーミング用音速cが異なる複数種類の画像61,62、63等の画素61a,62a、63a・・・の信号強度とを用いて、画素61a,62a、63aの位置に対応する撮像対象10の平均音速、即ち最適なビームフォーミング音速を推定する。 As an example, the coherence index calculation unit 55 calculates the coherence index by the following (Equation 2) and (Equation 3). In (Equation 2), a variable h is prepared, and when the second-order coefficient in the second-order polynomial approximation is 0 or more, the variable h is set to 0. When the second-order coefficient in the second-order polynomial approximation is negative, that is, when the shape is upwardly convex (mountain-shaped), the coefficient of determination R2 calculated by (Equation 1) in the second-order polynomial approximation is set to the value of the variable h. Then, using the variable h, the coherence index WCF is calculated using a weighting function such that the output increases from 0 to 1 as the variable h increases from 0 to 1, as shown in (Equation 3).
Figure 0007493481000002
Figure 0007493481000003
The average sound speed estimation unit 56 uses the coherence index calculated by the coherence index calculation unit 55 and the signal intensities of pixels 61a, 62a, 63a, etc. of multiple types of images 61, 62, 63, etc. having different beamforming sound velocities c to estimate the average sound speed of the imaged object 10 corresponding to the positions of the pixels 61a, 62a, 63a, i.e., the optimal beamforming sound speed.

平均音速の推定方法について説明する。 Explains how to estimate the average sound speed.

図1に示すように、コヒーレンス指標算出部55は、撮像対象10の撮像範囲(画像61,62、63の範囲)内の予め定めたROI71内に含まれる複数の画素についてそれぞれコヒーレンス指標を算出する。これにより、例えば図5(a)のようにROI71内のコヒーレンス指標の分布が得られる。 As shown in FIG. 1, the coherence index calculation unit 55 calculates the coherence index for each of a plurality of pixels included in a predetermined ROI 71 within the imaging range (range of images 61, 62, and 63) of the imaging target 10. As a result, a distribution of the coherence index within the ROI 71 can be obtained, for example, as shown in FIG. 5(a).

平均音速推定部56は、一つの画像61のROI71内の画素61a等ごとに、信号強度と、その画素のコヒーレンス指標との積を算出し、算出した積のROI71の総和または平均値を算出する。この総和または平均値をフォーカス指標と呼ぶ。平均音速推定部56は、ビームフォーミング用音速cの異なる他の画像62,63等の対応するROI71についてもそれぞれフォーカス指標を算出する。 The average sound speed estimation unit 56 calculates the product of the signal intensity and the coherence index of each pixel 61a etc. in the ROI 71 of one image 61, and calculates the sum or average of the calculated products for the ROI 71. This sum or average is called the focus index. The average sound speed estimation unit 56 also calculates the focus index for each corresponding ROI 71 of other images 62, 63 etc. that have different sound speeds c for beamforming.

平均音速推定部56は、得られたフォーカス指標と、それが得られた画像のビームフォーミング用音速cを図5(c)のようにプロットし、フォーカス指標が最大となるビームフォーミング用音速cを、ROI71に対応する撮像対象10の領域の平均音速と推定する。 The average sound speed estimation unit 56 plots the obtained focus index and the sound speed c for beamforming of the image obtained from it as shown in Figure 5 (c), and estimates the sound speed c for beamforming at which the focus index is maximized as the average sound speed of the region of the imaging target 10 corresponding to the ROI 71.

平均音速推定部56は、推定した平均音速を超音波画像生成部52に対してビームフォーミング用音速cとして設定する。これにより平均音速推定部56は、超音波画像生成部52のその後の撮像の受信ビームフォーミングを、ROI71の平均音速に一致したビームフォーミング用音速cを用いて実行させる。 The average sound speed estimation unit 56 sets the estimated average sound speed as the sound speed c for beamforming for the ultrasound image generation unit 52. As a result, the average sound speed estimation unit 56 causes the ultrasound image generation unit 52 to perform receive beamforming for subsequent imaging using the sound speed c for beamforming that matches the average sound speed of the ROI 71.

以下、本実施形態の信号処理装置50を含む超音波撮像装置の各部の動作を、図6のフローチャートに基づいて説明する。 The operation of each part of the ultrasound imaging device including the signal processing device 50 of this embodiment will be described below with reference to the flowchart in Figure 6.

なお、信号処理装置50は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサーと、メモリとを備えたコンピュータ等によって構成され、CPUが、メモリに格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、信号処理装置50の各部52~56の機能をソフトウエアにより実現する。また、信号処理装置50は、その一部または全部をハードウエアによって実現することも可能である。例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)のようなカスタムICや、FPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラマブルICを用いて信号処理装置50を構成し、信号処理装置50の各部の機能を実現するように回路設計を行えばよい。 The signal processing device 50 is configured with a computer or the like equipped with a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) and a memory, and the functions of each of the sections 52 to 56 of the signal processing device 50 are realized by software when the CPU reads and executes a program stored in the memory. The signal processing device 50 can also be realized in part or in whole by hardware. For example, the signal processing device 50 can be configured using a custom IC such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or a programmable IC such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array), and the circuit can be designed to realize the functions of each section of the signal processing device 50.

まず、ユーザは、入力部35を介して撮像を指示するとともに、コヒーレンス指標を算出し、平均音速を推定し、推定した平均音速を受信ビームフォーマ53に設定する場合にはボタン35aを押下する。制御部36は、ボタン35aが押下された場合、図6のフローを各部に実行させる。 First, the user issues an instruction to perform imaging via the input unit 35, calculates a coherence index, estimates the average sound speed, and presses button 35a if the estimated average sound speed is to be set in the receive beamformer 53. When button 35a is pressed, the control unit 36 causes each unit to execute the flow in FIG. 6.

(ステップ201)
まず、送信ビームフォーマ31は、超音波素子21から撮像対象10へ向かって超音波を送信させる。撮像対象10で反射等した超音波は、超音波素子21の列によって受信信号(チャンネルRF信号)に変換される。チャンネルメモリ51には、複数の超音波素子21からの受信信号がそれぞれ格納される。
(Step 201)
First, the transmission beamformer 31 transmits ultrasonic waves from the ultrasonic elements 21 toward the imaging target 10. Ultrasonic waves reflected or otherwise transmitted from the imaging target 10 are converted into reception signals (channel RF signals) by the row of ultrasonic elements 21. The channel memory 51 stores the reception signals from the multiple ultrasonic elements 21, respectively.

(ステップ202)
受信ビームフォーマ53は、チャンネルメモリ51から超音波素子21ごとの受信信号(チャンネルRF信号)を読み出して、予め設定されている音速cから算出された遅延時間を用いて、遅延加算法やフーリエ整相法等の公知の受信ビームフォーミング手法により整相加算する。これにより、撮像範囲に設定した1以上のスキャンラインに沿った複数の受信焦点についてビームフォーミング後信号を得る。
(Step 202)
The receive beamformer 53 reads out the receive signal (channel RF signal) for each ultrasonic element 21 from the channel memory 51, and performs phasing and summing by a known receive beamforming method such as a delay summation method or a Fourier phasing method, using a delay time calculated from a preset sound speed c. As a result, a post-beamforming signal is obtained for a plurality of receive focal points along one or more scan lines set in the imaging range.

(ステップ203)
受信ビームフォーマ53は、上記ステップ202を、1フレームの画像の生成に必要なすべてのビームフォーミング後信号が得られるまで繰り返す。
(Step 203)
The receive beamformer 53 repeats step 202 above until all beamformed signals required to generate one frame of an image are obtained.

(ステップ204)
超音波画像生成部52は、1フレーム分のスキャンラインのビームフォーミング後信号を並べて画像を生成する。音速変化画像生成部54は、生成された画像を受け取って、3次元データセットメモリ58に格納する。
(Step 204)
The ultrasound image generator 52 generates an image by arranging the beamformed signals of the scan lines for one frame. The sound speed variation image generator 54 receives the generated image and stores it in the three-dimensional data set memory 58.

(ステップ205)
音速変化画像生成部54は、受信ビームフォーミング用音速cを変更し、超音波画像生成部52に設定する。超音波画像生成部52は、変更された受信ビームフォーミング用音速cを用いて遅延時間を算出し、受信ビームフォーマ53に設定する。
(Step 205)
The sound speed variation image generator 54 changes the sound speed c for receive beam forming and sets it in the ultrasound image generator 52. The ultrasound image generator 52 calculates a delay time using the changed sound speed c for receive beam forming and sets it in the receive beam former 53.

(ステップ206)
受信ビームフォーマ53は、変更された受信ビームフォーミング用音速cを用いてステップ202~204を繰り返すことにより、変更後の受信ビームフォーミング用音速cを用いて画像を生成する。音速変化画像生成部54は、生成された画像を受け取って、3次元データセットメモリ58に格納する。これを、全種類の受信ビームフォーミング用音速cが設定されるまで繰り返す。これにより、超音波画像生成部52は、受信ビームフォーミング用音速cが異なる複数種類の画像61,62,63・・・を生成する。
(Step 206)
The receive beamformer 53 repeats steps 202 to 204 using the changed sound speed c for receive beamforming to generate an image using the changed sound speed c for receive beamforming. The sound speed variation image generator 54 receives the generated image and stores it in the three-dimensional data set memory 58. This is repeated until all types of sound speeds c for receive beamforming have been set. As a result, the ultrasound image generator 52 generates multiple types of images 61, 62, 63, ... with different sound speeds c for receive beamforming.

音速変化画像生成部54は、生成された複数種類の画像61,62,63・・・を超音波画像生成部52から受け取って、受信ビームフォーミング用音速方向(c方向)に並べて、3次元データセットを生成し、生成した画像を3次元データセットメモリ58に格納する。 The sound speed change image generation unit 54 receives the generated images 61, 62, 63, etc. from the ultrasound image generation unit 52, arranges them in the sound speed direction (c direction) for receive beamforming, generates a three-dimensional data set, and stores the generated images in the three-dimensional data set memory 58.

(ステップ207)
コヒーレンス指標算出部55は、ROI71内の3次元データセットの音速方向に並ぶ画素61a,62a、63aの信号強度の変化を表す曲線70を図3(c)のように生成し、式(1)を用いてコヒーレンス指標を算出する。
(ステップ208)
平均音速推定部56は、各画像61、62,63等ごとに、ROI71内の画素61aの信号強度とコヒーレンス指標との積の総和または平均値をフォーカス指標として算出する。
(ステップ209)
平均音速推定部56は、フォーカス指標が最大となるビームフォーミング用音速cが、ROI71に対応する撮像対象10の領域の平均音速であると推定する。平均音速推定部56は、推定した平均音速を超音波画像生成部52に対してビームフォーミング用音速cとして設定する。
(Step 207)
The coherence index calculation unit 55 generates a curve 70 representing the change in signal intensity of pixels 61a, 62a, and 63a aligned in the sound speed direction of the three-dimensional data set within the ROI 71, as shown in Figure 3 (c), and calculates the coherence index using equation (1).
(Step 208)
The average sound speed estimation unit 56 calculates, for each of the images 61, 62, 63, etc., the sum or average value of the products of the signal intensities of the pixels 61a in the ROI 71 and the coherence index as the focus index.
(Step 209)
The average sound speed estimating unit 56 estimates that the beamforming sound speed c at which the focus index is maximized is the average sound speed in the region of the imaging target 10 corresponding to the ROI 71. The average sound speed estimating unit 56 sets the estimated average sound speed as the beamforming sound speed c for the ultrasound image generating unit 52.

上記ステップ201~209により、ROI71の平均音速に一致したビームフォーミング用音速cが超音波画像生成部52に設定される。超音波撮像装置は、その後の撮像を最適な音速で実行することができる。これにより、アーチファクト・ノイズを低減した高画質な画像の撮像が可能になる。 By performing steps 201 to 209, the sound speed c for beamforming that matches the average sound speed of the ROI 71 is set in the ultrasound image generating unit 52. The ultrasound imaging device can then perform imaging at the optimal sound speed. This makes it possible to capture high-quality images with reduced artifact noise.

本実施形態では、図6のように、受信ビームフォーミング用音速cを変更して、一画像ずつ生成する構成について説明したが、本発明は、この構成に限られるものではなく。超音波画像生成部52が、受信ビームフォーマ53を複数有する構成である場合、音速変化画像生成部54は、複数の受信ビームフォーマ53に、複数種類のビームフォーミング用音速cの遅延時間をそれぞれ設定し、同一スキャンラインについてパラレルにビームフォーミング処理を行わせてもよい。これにより、受信ビームフォーム音速cが複数種類に異なる画像をパラレルに生成することができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 6, a configuration has been described in which the sound speed c for receive beamforming is changed to generate one image at a time, but the present invention is not limited to this configuration. When the ultrasound image generating unit 52 has a configuration having multiple receive beamformers 53, the sound speed variation image generating unit 54 may set delay times for multiple types of sound speeds c for beamforming in the multiple receive beamformers 53, respectively, and cause them to perform beamforming processing in parallel for the same scan line. This makes it possible to generate images with multiple different types of receive beamform sound speeds c in parallel.

<<実施形態2>>
実施形態2の超音波撮像装置について説明する。図7は、本実施形態の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図8は、本実施形態の平均音速推定部56の処理を示す説明図である。図9は、本実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
<<Embodiment 2>>
An ultrasonic imaging apparatus according to a second embodiment will be described. Fig. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment. Fig. 8 is an explanatory diagram showing the processing of the average sound speed estimation unit 56 according to this embodiment. Fig. 9 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment.

実施形態2の超音波撮像装置は、実施形態1の超音波撮像装置と同様の構成および動作であるが、図7のように最大信号強度取得音速算出部57をさらに備える点と、平均音速推定部56が撮像対象の最適なビームフォーミング音速である平均音速を推定する際の処理が、実施形態1とは異なっている。以下、異なる点を中心に以下説明する。 The ultrasound imaging device of the second embodiment has the same configuration and operation as the ultrasound imaging device of the first embodiment, but differs from the first embodiment in that it further includes a maximum signal intensity acquisition sound speed calculation unit 57 as shown in FIG. 7, and in the process in which the average sound speed estimation unit 56 estimates the average sound speed, which is the optimal beamforming sound speed of the imaging target. The following mainly describes the differences.

図9に示すように、実施形態2の超音波撮像装置の処理は、ステップ201~207までは実施形態1の図6のフローと同様である。これにより、ステップ207において、コヒーレンス指標算出部55は、ROI71内の各画素についてコヒーレンス指標を算出する。これにより、図8(a)に示すように、コヒーレンス指標のROI71内の分布が得られる。 As shown in FIG. 9, the processing of the ultrasound imaging apparatus of the second embodiment is similar to the flow of FIG. 6 of the first embodiment from steps 201 to 207. As a result, in step 207, the coherence index calculation unit 55 calculates the coherence index for each pixel in the ROI 71. As a result, the distribution of the coherence index within the ROI 71 is obtained, as shown in FIG. 8(a).

(ステップ210)
ステップ210において、最大信号強度取得音速算出部57は、ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の画像61,62,63・・・の対応するROI71内の画素(例えば画像61の画素61a)の信号強度と、他の画像62,63・・・の対応する位置の画素62a,63a・・・とを比較する。これにより、信号強度が最大となる画像を画像61,62,63・・・の中から選択する。選択した画像の生成時に用いたビームフォーミング用音速cを、画素61aの位置の最大信号強度取得音速とする。
(Step 210)
In step 210, the maximum signal intensity acquisition sound velocity calculation unit 57 compares the signal intensity of a pixel (for example, pixel 61a of image 61) in the corresponding ROI 71 of multiple types of images 61, 62, 63, etc., which have different sound velocities for beamforming, with pixels 62a, 63a, etc. at corresponding positions of other images 62, 63, etc. As a result, an image with the maximum signal intensity is selected from the images 61, 62, 63, etc. The sound velocity c for beamforming used when generating the selected image is set as the maximum signal intensity acquisition sound velocity at the position of pixel 61a.

これをROI71内の各画素について行うことにより、最大信号強度取得音速算出部57は、図5(b)に示すように、最大信号強度取得音速のROI71内の分布を得る。 By performing this for each pixel within ROI 71, the maximum signal strength acquisition sound speed calculation unit 57 obtains the distribution of maximum signal strength acquisition sound speeds within ROI 71, as shown in FIG. 5(b).

(ステップ211)
平均音速推定部56は、画素ごとに、そのコヒーレンス指標により最大信号強度取得音速を重み付けした重み付け後最大信号強度取得音速を用いて平均音速を推定する。具体的には例えば、図8に示すように、平均音速推定部56は、ROI71内の各画素について重み付け後最大信号強度取得音速を求め、その平均値を平均音速とする。
(Step 211)
The average sound speed estimation unit 56 estimates the average sound speed for each pixel using a weighted maximum signal strength acquisition sound speed obtained by weighting the maximum signal strength acquisition sound speed by the coherence index. Specifically, for example, as shown in Fig. 8, the average sound speed estimation unit 56 obtains the weighted maximum signal strength acquisition sound speed for each pixel in the ROI 71, and the average value of the weighted maximum signal strength acquisition sound speeds is set as the average sound speed.

これにより、平均音速推定部56は、推定した平均音速を超音波画像生成部52に対してビームフォーミング用音速cとして設定する。 As a result, the average sound speed estimation unit 56 sets the estimated average sound speed as the sound speed c for beamforming for the ultrasound image generation unit 52.

上記ステップ201~207,210,211により、ROI71の平均音速に一致したビームフォーミング用音速cが超音波画像生成部52に設定されるため、超音波撮像装置は、その後の撮像を最適な音速で実行することができる。これにより、アーチファクト・ノイズを低減した高画質な画像の撮像が可能になる。 By performing steps 201 to 207, 210, and 211, the sound speed c for beamforming that matches the average sound speed of the ROI 71 is set in the ultrasound image generating unit 52, so that the ultrasound imaging device can perform subsequent imaging at the optimal sound speed. This makes it possible to capture high-quality images with reduced artifact noise.

なお、実施形態2では、ステップ207、210において、ROI71内のすべての画素について、コヒーレンス指標と、最大信号強度取得音速とを求めたが、必ずしもすべての画素について求めなくてもよい。一部の画素についてのみ、コヒーレンス指標と、最大信号強度取得音速と求め、重み付け後最大信号強度取得音速を算出し、その平均値を平均音速としてもよい。 In the second embodiment, in steps 207 and 210, the coherence index and the maximum signal strength acquisition sound speed are calculated for all pixels in the ROI 71, but this does not necessarily have to be done for all pixels. The coherence index and the maximum signal strength acquisition sound speed may be calculated for only some pixels, and the weighted maximum signal strength acquisition sound speed may be calculated, and the average value may be used as the average sound speed.

また、ROI内の一部の画素についてのみコヒーレンス指標と、最大信号強度取得音速とを求めた後、補間演算等により、ROI内のコヒーレンス指標の分布および最大信号強度取得音速の分布を算出してもよい。そして、コヒーレンス指標の分布によりROI内の最大信号強度取得音速の分布を重み付けし、重み付け後最大信号強度取得音速の分布を求め、重み付け後最大信号強度取得音速の分布の平均値を平均音速としてもよい。 In addition, after determining the coherence index and the maximum signal strength acquisition sound speed for only some of the pixels in the ROI, the distribution of the coherence index and the distribution of the maximum signal strength acquisition sound speed in the ROI may be calculated by an interpolation calculation or the like. Then, the distribution of the maximum signal strength acquisition sound speed in the ROI may be weighted by the distribution of the coherence index, the distribution of the weighted maximum signal strength acquisition sound speed may be determined, and the average value of the distribution of the weighted maximum signal strength acquisition sound speed may be set as the average sound speed.

<<実施形態3>>
実施形態3の超音波撮像装置について説明する。図10は、本実施形態の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図11は、本実施形態の画像処理部59の処理を示す説明図である。図12は、本実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
<<Embodiment 3>>
An ultrasonic imaging apparatus according to a third embodiment will be described. Fig. 10 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment. Fig. 11 is an explanatory diagram showing the processing of an image processing unit 59 according to this embodiment. Fig. 12 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment.

実施形態3では、画素ごとのコヒーレンス性を用いて、画像を重みづけすることにより、ノイズやアーチファクトを抑制した高画質な画像を生成する。 In the third embodiment, images are weighted using the coherence of each pixel to generate high-quality images with reduced noise and artifacts.

実施形態3の超音波撮像装置は、実施形態1の超音波撮像装置と同様の構成および動作であるが、平均音速推定部56の代わりに、図10のように画像処理部59を備える点が、実施形態1とは異なっている。以下、異なる点を中心に以下説明する。 The ultrasound imaging device of embodiment 3 has the same configuration and operation as the ultrasound imaging device of embodiment 1, but differs from embodiment 1 in that it has an image processing unit 59 as shown in FIG. 10 instead of the average sound speed estimation unit 56. The following mainly describes the differences.

図12に示すように、実施形態3の超音波撮像装置の処理は、ステップ201~207までは実施形態1の図6のフローと同様である。これにより、ステップ207において、コヒーレンス指標算出部55は、画像内の各画素についてコヒーレンス指標を算出する。ただし、実施形態2では、コヒーレンス指標算出部55は、ROI71内の各画素についてコヒーレンス指標を算出することにより、ROI内のコヒーレンス指標の分布を求めたが、実施形態3では、画像全体の各画素についてコヒーレンス指標を算出する。これにより、図11(a)に示すように、コヒーレンス指標の画像内の分布が得られる。 As shown in FIG. 12, the processing of the ultrasound imaging apparatus of the third embodiment is similar to the flow of FIG. 6 of the first embodiment from steps 201 to 207. As a result, in step 207, the coherence index calculation unit 55 calculates the coherence index for each pixel in the image. However, while in the second embodiment, the coherence index calculation unit 55 calculates the coherence index for each pixel in the ROI 71 to obtain the distribution of the coherence index within the ROI, in the third embodiment, the coherence index is calculated for each pixel in the entire image. As a result, the distribution of the coherence index within the image is obtained as shown in FIG. 11(a).

(ステップ212、213)
ステップ212において、画像処理部59は、ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の画像61,62,63・・・のうち1以上の画像の信号強度(図11(b))と、ステップ207で得た画像全体のコヒーレンス指標の分布とを用いて、処理後画像を生成する。具体的には、画像処理部59は、複数種類の画像61,62,63・・・のうち1つの画像について、画像内のコヒーレンス指標が高い第1領域71aの信号強度を、第1領域71aよりもコヒーレンス性が低い第2領域71bの信号強度よりも大きくなるように重み付けを行って、画像を生成する(図11(c))。生成した画像は、表示部37に表示する。
(Steps 212, 213)
In step 212, the image processing unit 59 generates a processed image using the signal intensity ( FIG. 11B ) of one or more images among the multiple types of images 61, 62, 63, ... with different sound velocities for beamforming, and the distribution of the coherence index of the entire image obtained in step 207. Specifically, the image processing unit 59 weights one of the multiple types of images 61, 62, 63, ... so that the signal intensity of a first region 71a having a high coherence index in the image is greater than the signal intensity of a second region 71b having a lower coherence than the first region 71a, thereby generating an image ( FIG. 11C ). The generated image is displayed on the display unit 37.

本実施形態によれば、図11(c)に示したように、コヒーレンス性の低い信号を抑制し、また逆にコヒーレンス性の高い信号を増強することができ、サイドローブやグレーティングローブなどのアーチファクト起因の信号強度が抑制される。よって、撮像対象10内の構造物の実信号の視認性が向上した高画質画像を生成することができる。 According to this embodiment, as shown in FIG. 11(c), it is possible to suppress low-coherence signals and conversely enhance high-coherence signals, thereby suppressing signal strength caused by artifacts such as side lobes and grating lobes. Therefore, it is possible to generate a high-quality image with improved visibility of the real signals of structures within the imaging target 10.

なお、画像処理部59が画像処理を行う一つの画像は、複数種類の画像61,62,63・・・のうち例えば1540m/sなどの一般的な規定音速の画像を用いることができる。または実施形態1または実施形態2の方法で、予め定めたROI71内について推定した平均音速の画像を用いることができる。 The image to be processed by the image processing unit 59 may be an image having a general prescribed sound speed, such as 1540 m/s, from among the multiple types of images 61, 62, 63, etc. Alternatively, an image having an average sound speed estimated within a predetermined ROI 71 using the method of embodiment 1 or embodiment 2 may be used.

<<実施形態4>>
実施形態4の超音波撮像装置について説明する。図13は、本実施形態の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図14は、本実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
<<Embodiment 4>>
An ultrasonic imaging apparatus according to a fourth embodiment will be described below. Fig. 13 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment. Fig. 14 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to this embodiment.

実施形態4では、画素ごとのコヒーレンス性を用いて、複数の画像を重みづけした後加算することにより、ノイズやアーチファクトを抑制した高画質な画像を生成する。 In the fourth embodiment, multiple images are weighted and then added using pixel-by-pixel coherence to generate a high-quality image with reduced noise and artifacts.

実施形態4の超音波撮像装置は、実施形態3の超音波撮像装置と同様の構成および動作であるが、実施形態2で説明した最大信号強度取得音速算出部57をさらに備える点が、実施形態3とは異なっている。以下、異なる点を中心に以下説明する。 The ultrasound imaging device of the fourth embodiment has the same configuration and operation as the ultrasound imaging device of the third embodiment, but differs from the third embodiment in that it further includes the maximum signal intensity acquisition sound speed calculation unit 57 described in the second embodiment. The following mainly describes the differences.

図14に示すように、実施形態4の超音波撮像装置の処理は、ステップ201~207までは実施形態1の図6のフローと同様である。これにより、ステップ207において、コヒーレンス指標算出部55は、画像内の各画素についてコヒーレンス指標を算出する。これにより、コヒーレンス指標の分布が得られる。 As shown in FIG. 14, the processing of the ultrasound imaging apparatus of the fourth embodiment is similar to the flow of FIG. 6 of the first embodiment from steps 201 to 207. As a result, in step 207, the coherence index calculation unit 55 calculates the coherence index for each pixel in the image. As a result, the distribution of the coherence index is obtained.

(ステップ210)
ステップ210において、最大信号強度取得音速算出部57は、ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の画像61,62,63・・・の対応する画素(例えば画像61の画素61a)の信号強度と、他の画像62,63・・・の対応する位置の画素62a,63a・・・とを比較する。これにより、信号強度が最大となる画像を画像61,62,63・・・の中から選択する。選択した画像の生成時に用いたビームフォーミング用音速cを、画素61aの位置の最大信号強度取得音速とする。
(Step 210)
In step 210, the maximum signal strength acquisition sound speed calculation unit 57 compares the signal strength of a corresponding pixel (for example, pixel 61a of image 61) of multiple types of images 61, 62, 63... having different sound speeds for beamforming with pixels 62a, 63a... at corresponding positions of other images 62, 63.... As a result, an image with the maximum signal strength is selected from the images 61, 62, 63.... The sound speed c for beamforming used when generating the selected image is set as the maximum signal strength acquisition sound speed at the position of pixel 61a.

これを画像の各画素について行うことにより、最大信号強度取得音速算出部57は、最大信号強度取得音速の分布を得る。 By performing this for each pixel in the image, the maximum signal strength acquisition sound speed calculation unit 57 obtains the distribution of maximum signal strength acquisition sound speeds.

(ステップ212)
画像処理部59は、ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の画像61,62,63・・・内の対応する位置の画素61a,62a,63a・・・の信号強度を重み付け加算する。このとき、画像処理部59は、重み付けの際に最大信号強度取得音速をビームフォーミング用音速とする画像の信号強度の重みが、コヒーレンス指標が大きい画素ほど大きくなるように設定する。これにより、最大信号強度取得音速の画素の重みを大きく、かつ、その中でもコヒーレンス指標が大きい画素の重みを大きく設定して、複数の画像61,62,63・・・の対応する画素61a,62a,63a・・・の信号強度を加算することができる。
(Step 212)
The image processing unit 59 performs weighted addition of the signal intensities of pixels 61a, 62a, 63a... at corresponding positions in a plurality of types of images 61, 62, 63... with different sound velocities for beamforming. At this time, the image processing unit 59 sets the weight of the signal intensity of the image in which the maximum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming to be larger for pixels with a larger coherence index. This allows the weight of the pixel with the maximum signal strength acquisition sound speed to be set large, and the weight of the pixel with a large coherence index among them to be set large, and the signal intensities of the corresponding pixels 61a, 62a, 63a... of the plurality of images 61, 62, 63... to be added.

これにより、複数の画像の信号強度を加算できるため、1枚の画像を処理する場合よりもロバスト性が向上する。また、コヒーレンス性の低い信号を抑制し、また逆にコヒーレンス性の高い信号を増強することができ、サイドローブやグレーティングローブなどのアーチファクト起因の信号強度が抑制され、撮像対象10内の構造物の実信号の視認性が向上した高画質画像を生成することができる。 This allows the signal strengths of multiple images to be added together, improving robustness compared to processing a single image. It also makes it possible to suppress low-coherence signals and, conversely, enhance high-coherence signals, suppressing signal strength caused by artifacts such as side lobes and grating lobes, and generating high-quality images with improved visibility of the actual signals of structures within the imaging target 10.

なお、実施形態4において、最大信号強度取得音速算出部57に加えて、さらに、最小信号強度取得音速算出部を備える構成としてもよい。
最小信号強度取得音速算出部は、ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の画像61,62,63・・・内の対応する位置の画素61a,62a,63a・・・の信号強度を、複数種類の画像61,62,63・・・間で比べ、信号強度が最小となる画像を選択する。最小信号強度取得音速算出部は、選択した画像のビームフォーミング用音速を画素の位置の最小信号強度取得音速として求める。
In the fourth embodiment, in addition to the maximum signal strength/obtainable sound speed calculation unit 57, a minimum signal strength/obtainable sound speed calculation unit may be further provided.
The minimum signal strength acquisition sound speed calculation unit compares the signal strengths of pixels 61a, 62a, 63a... at corresponding positions in multiple types of images 61, 62, 63... with different sound speeds for beamforming between the multiple types of images 61, 62, 63..., and selects the image with the minimum signal strength. The minimum signal strength acquisition sound speed calculation unit obtains the sound speed for beamforming of the selected image as the minimum signal strength acquisition sound speed at the pixel position.

この場合、画像処理部59は、重み付けの際に、所定値よりもコヒーレンス値が大きい画素は、最大信号強度取得音速をビームフォーミング用音速とする画像の信号強度の重みが、最小信号強度取得音速をビームフォーミング用音速とする画像の信号強度の重みよりも大きくなるよう重みを設定する。また、画像処理部59は、所定値よりもコヒーレンス値が小さい画素は、最小信号強度取得音速を前記ビームフォーミング用音速とする画像の信号強度の重みが、最大信号強度取得音速を前記ビームフォーミング用音速とする画像の信号強度の重みよりも大きくなるように重みを設定する。 In this case, when weighting, the image processing unit 59 sets weights such that for pixels with a coherence value greater than a predetermined value, the weight of the signal strength of an image in which the maximum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming is greater than the weight of the signal strength of an image in which the minimum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming. Also, the image processing unit 59 sets weights such that for pixels with a coherence value smaller than a predetermined value, the weight of the signal strength of an image in which the minimum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming is greater than the weight of the signal strength of an image in which the maximum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming.

このように、最小信号強度取得音速をさらに重み付けに用いることにより、最小信号強度取得音速のみを用いる場合よりも、より的確に重み付けを設定して、ノイズ等を抑制できる。 In this way, by further using the minimum signal strength acquisition sound speed for weighting, it is possible to set weighting more accurately and suppress noise, etc., than when only the minimum signal strength acquisition sound speed is used.

<<実施形態5>>
実施形態5の超音波撮像装置について説明する。図15は、本実施形態の超音波撮像装置の音速変化画像生成部54のブロック図である。図16は、音速変化画像生成部54の処理を説明する図である。図17は、音速変化画像生成部54の画像を演算で生成する処理を示すフローである。
<<Embodiment 5>>
An ultrasonic imaging device according to a fifth embodiment will be described. Fig. 15 is a block diagram of a sound speed variation image generating unit 54 of the ultrasonic imaging device according to the present embodiment. Fig. 16 is a diagram for explaining the processing of the sound speed variation image generating unit 54. Fig. 17 is a flow chart showing the processing of generating an image by calculation in the sound speed variation image generating unit 54.

実施形態1~4においては、音速変化画像生成部54が、超音波画像生成部52にビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の画像61,62,63・・・を生成させる構成であった。実施形態5では、音速変化画像生成部54が、超音波画像生成部52が生成した1種類のビームフォーミング用音速の画像のデータに基づいて、演算により、ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の画像61,62,63・・・を生成する。 In the first to fourth embodiments, the sound speed variation image generating unit 54 is configured to cause the ultrasound image generating unit 52 to generate a plurality of types of images 61, 62, 63, etc., in which the sound speed for beamforming is varied to a plurality of types. In the fifth embodiment, the sound speed variation image generating unit 54 generates a plurality of types of images 61, 62, 63, etc., in which the sound speed for beamforming is varied to a plurality of types, by calculation, based on the data of an image of one type of sound speed for beamforming generated by the ultrasound image generating unit 52.

そのため、実施形態5では、図15に示すように、音速変化画像生成部54が、変換部41と、リマッピング処理部42と、再変換部43とを備えている。 Therefore, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 15, the sound speed change image generating unit 54 includes a conversion unit 41, a remapping processing unit 42, and a reconversion unit 43.

図17のフローを用いて、音速変化画像生成部54の演算処理について説明する。音速変化画像生成部54の演算処理は、公知の技術であるので、ここでは簡単に説明する。 The calculation process of the sound speed change image generating unit 54 will be explained using the flow in Figure 17. The calculation process of the sound speed change image generating unit 54 is a known technique, so it will be explained briefly here.

(ステップ301)
音速変化画像生成部54は、超音波画像生成部52から、ビームフォーミング用第1音速Cに基づいて定めた第1遅延時間を用いて生成した第1画像のデータを受け取る(図16(a))。
(Step 301)
The sound speed variation image generating unit 54 receives data of the first image generated using the first delay time determined based on the first sound speed C 0 for beamforming from the ultrasonic image generating unit 52 (FIG. 16(a)).

(ステップ302)
変換部41は、第1画像のデータを、波数空間における第1波数空間データに変換する(図16(b))。
(Step 302)
The converter 41 converts the data of the first image into first wavenumber space data in wavenumber space ( FIG. 16( b )).

第1画像は、超音波素子21の列方向をx方向とし、撮像対象10の深さ方向をz方向とするx-z平面の2次元画像である。変換部41は、これをx方向の波数(kx)方向とz方向の波数(kz)方向を2軸とする2次元波数空間のデータに変換する。 The first image is a two-dimensional image in the x-z plane, with the row direction of the ultrasonic elements 21 being the x direction and the depth direction of the imaging target 10 being the z direction. The conversion unit 41 converts this into data in a two-dimensional wave number space with the wave number (kx) direction in the x direction and the wave number (kz) direction in the z direction as two axes.

(ステップ303)
リマッピング処理部42は、第2ビームフォーミング用音速に基づいて定めた第2遅延時間で前記受信信号を処理した場合に得られる第2画像を変換した第2の波数空間データと等価のデータを、第1波数空間データを処理することにより生成する。
(Step 303)
The remapping processing unit 42 processes the first wave number space data to generate data equivalent to second wave number space data obtained by converting a second image obtained when the received signal is processed with a second delay time determined based on the sound speed for second beamforming.

第2の波数空間データは、受信信号(チャンネルRFデータ)を、受信焦点と超音波素子21との間の距離Lと、第2の音速Cとに基づいて定めた第2の遅延時間T(例えば、T=L/C)で処理した場合に得られる波数空間データである。 The second wave number space data is wave number space data obtained when the received signal (channel RF data) is processed with a second delay time T2 (e.g., T2 = L/ C1 ) determined based on the distance L between the receiving focal point and the ultrasonic element 21 and the second sound speed C1.

第2の波数空間データの座標(kx,kz)は、第1の波数空間データを構成するデータの座標(kx,kz)と、音速C、Cとを用いて表される所定の関係にある。音速変化画像生成部54は、第1の波数空間のデータの座標(kx,kz)と、音速Cの第2の遅延時間T2で整相した場合のデータの座標に変化させた場合の対応する座標(kx,kz)との関係を、例えばテーブルの形式により、テーブル格納部44に予め格納している(図15参照)。 The coordinates ( kx1 , kz1 ) of the second wavenumber space data have a predetermined relationship expressed using the coordinates ( kx0 , kz0 ) of the data constituting the first wavenumber space data and the sound velocities C0 , C1 . The sound speed change image generating unit 54 stores in advance in the table storage unit 44, for example in the form of a table, the relationship between the coordinates ( kx0 , kz0 ) of the first wavenumber space data and the corresponding coordinates ( kx1 , kz1 ) when transformed into the coordinates of the data when phased at the second delay time T2 of the sound speed C1 (see FIG . 15).

リマッピング処理部42は、第1の波数空間データ(図16(b))を構成するデータのサンプリング座標(kx,kz)から、第1音速Cおよび第2音速Cに基づいて予め求めておいた距離だけずれたサンプリング座標(kx,kz)(図16(c)の丸印の座標)のデータ値を補間演算等により求める。補間演算等により求めたデータを、第2音速(C)における波数空間に表すと、等間隔のサンプリングとなる(図16(d))。 The remapping processing unit 42 determines, by interpolation or the like, data values of sampling coordinates (kx 1 , kz 1 ) (circular coordinates in FIG. 16( c )) shifted by a distance determined in advance based on the first sound speed C 0 and the second sound speed C 1 from the sampling coordinates (kx 0 , kz 0 ) of the data constituting the first wavenumber space data ( FIG. 16( b )). When the data determined by the interpolation or the like is represented in wavenumber space at the second sound speed (C 1 ), it becomes equally spaced sampling ( FIG. 16( d )).

よって、リマッピング処理部42は、テーブル格納部44を参照することにより、座標(kx,kz)と座標(kx,kz)とを読み出して、第1の波数空間データの座標(kx,kz)のデータ値を補間処理により算出し(図16(c))、音速Cに対応する第2の波数空間データ(図16(d))を生成する。 Therefore, the remapping processing unit 42 refers to the table storage unit 44, reads out the coordinates ( kx1 , kz1 ) and coordinates ( kx0 , kz0 ), calculates the data value of the coordinates ( kx1 , kz1 ) of the first wavenumber space data by interpolation (Figure 16(c)), and generates the second wavenumber space data corresponding to the sound speed C1 (Figure 16(d)).

(ステップ304)
再変換部43は、リマッピング処理部42が生成した第2波数空間データと等価のデータを、逆変換することにより、第2音速Cに対応する第2画像を生成する(図16(e))。得られた第2画像は、第2音速Cに基づいて定めた第2の遅延時間T2により、受信信号(チャンネルRFデータ)を整相して得られた画像と等価なデータである。
(Step 304)
The reconversion unit 43 generates a second image corresponding to the second sound speed C1 by inversely converting data equivalent to the second wave number space data generated by the remapping processing unit 42 ( FIG. 16( e )). The obtained second image is data equivalent to an image obtained by phasing the received signal (channel RF data) by the second delay time T2 determined based on the second sound speed C1 .

(ステップ305)
音速変化画像生成部54は、予め定めておいたすべての音速C、C・・について画像が生成されるまでステップ303,304を繰り返す。なお、テーブル格納部44に、第2の音速C以外の複数の音速C、C・・についても、第1の波数空間データにおける補間により演算すべき座標の情報が格納されている。
(Step 305)
The sound speed variation image generating unit 54 repeats steps 303 and 304 until images are generated for all predetermined sound speeds C2 , C3 , .... Note that the table storage unit 44 also stores information on coordinates to be calculated by interpolation in the first wave number space data for a plurality of sound speeds C2 , C3 , ... other than the second sound speed C1 .

音速変化画像生成部54は、生成された各音速に対応する画像を3次元データセットメモリ58に格納する。 The sound speed change image generation unit 54 stores the generated images corresponding to each sound speed in the three-dimensional data set memory 58.

上述してきたように、実施形態5の超音波撮像装置によれば、生成した画像を処理することにより、受信ビームフォーミング時の音速を変更したのと等価な画像を、少ない演算量で生成することができる。よって、その後の処理を実施形態1~4と同様に行うことにより、平均音速の推定または画像処理により、サイドローブやグレーティングローブなどのアーチファクトが抑制され、撮像対象10内の構造物の実信号の視認性が向上した高画質画像を生成することができる。 As described above, according to the ultrasound imaging device of the fifth embodiment, by processing the generated image, an image equivalent to an image in which the sound speed during receive beamforming is changed can be generated with a small amount of calculation. Therefore, by performing subsequent processing in the same manner as in the first to fourth embodiments, artifacts such as side lobes and grating lobes can be suppressed by estimating the average sound speed or by image processing, and a high-quality image can be generated in which the visibility of the real signals of structures within the imaging target 10 is improved.

上述してきたように、本発明の実施形態1~5によれば、チャンネル間の受信信号の相間演算を行うことなく、コヒーレンス性の高い画素を画素単位で抽出できるため、音速推定のロバスト性、推定精度の向上や、アーチファクト・ノイズを低減した高画質な撮像が可能になる。 As described above, according to the first to fifth embodiments of the present invention, highly coherent pixels can be extracted on a pixel-by-pixel basis without performing correlation calculations on the received signals between channels, which improves the robustness and accuracy of sound speed estimation and enables high-quality imaging with reduced artifact noise.

10…撮像対象、20…探触子、21…超音波素子、30…超音波撮像装置、31…送信ビームフォーマ、32…チャンネルメモリ、35…入力部、35a…ボタン、36…制御部、37…表示部、41…変換部、42…リマッピング処理部、43…再変換部、44…テーブル格納部、50…信号処理装置、51…チャンネルメモリ、52…超音波画像生成部、53…受信ビームフォーマ、54…音速変化画像生成部、55…コヒーレンス指標算出部、56…平均音速推定部、57…最大信号強度取得音速算出部、58…3次元データセットメモリ、59…画像処理部、61,62,63…画像、61a,62a,63a…画素、70…曲線、71…ROI、71a…第1領域、71b…第2領域 10...imaging target, 20...probe, 21...ultrasonic element, 30...ultrasonic imaging device, 31...transmission beamformer, 32...channel memory, 35...input unit, 35a...button, 36...control unit, 37...display unit, 41...conversion unit, 42...remapping processing unit, 43...reconversion unit, 44...table storage unit, 50...signal processing device, 51...channel memory, 52...ultrasonic image generating unit, 53...receiving beamformer, 54...sound speed change image generating unit, 55...coherence index calculation unit, 56...average sound speed estimation unit, 57...maximum signal intensity acquisition sound speed calculation unit, 58...three-dimensional data set memory, 59...image processing unit, 61, 62, 63...image, 61a, 62a, 63a...pixel, 70...curve, 71...ROI, 71a...first region, 71b...second region

Claims (6)

超音波の送信を受けた撮像対象において反射された超音波を、複数の超音波素子の列が受信し、前記超音波素子ごとに出力する受信信号を格納するメモリと、
前記メモリから複数の前記超音波素子ごとの前記受信信号を受け取って、ビームフォーミング用音速に基づいて設定した遅延時間を用いて受信ビームフォーミング処理することにより、所定の撮像範囲について画像を生成する超音波画像生成部と、
前記ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の前記画像を前記超音波画像生成部に生成させるか、または、前記超音波画像生成部が生成した前記画像のデータに基づいて演算により前記ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の前記画像を生成する音速変化画像生成部と、
前記音速変化画像生成部が生成した複数種類の前記画像間の対応する位置の画素の信号強度を前記ビームフォーミング用音速の順に並べることによりビームフォーミング用音速方向の前記信号強度の変化を求め、求めた前記信号強度の変化の特徴量を算出し、前記特徴量に基づき、当該画素のビームフォーミングに用いた複数の前記受信信号のコヒーレンス性を表すコヒーレンス指標の値を出力するコヒーレンス指標算出部と、
平均音速推定部とを有し、
前記平均音速推定部は、前記コヒーレンス指標の値と、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像の信号強度とを用いて、前記コヒーレンス指標を求めた前記画素の位置に対応する前記撮像対象の最適なビームフォーミング音速である平均音速を推定し、推定した前記平均音速を前記超音波画像生成部に対して前記ビームフォーミング用音速として設定し、その後の撮像を実行させ、
前記コヒーレンス指標算出部は、前記撮像範囲内に予め定めたROI内に含まれる複数の前記画素についてそれぞれ前記コヒーレンス指標の値を算出し、
前記平均音速推定部は、
前記コヒーレンス指標を算出した前記画素の信号強度と前記コヒーレンス指標の値との積を算出し、前記積の前記ROIの総和または平均値をフォーカス指標として算出する処理を、前記ビームフォーミング用音速の異なる複数種類の前記画像の対応する前記ROIごとにそれぞれ行い、
得られた前記フォーカス指標が最大となる前記画像を求め、求めた前記画像の前記ビームフォーミング用音速を前記平均音速と推定することを特徴とする超音波撮像装置。
A memory for storing a received signal output from each of a plurality of ultrasonic elements, the received ultrasonic waves being reflected by an imaging target to which the ultrasonic waves are transmitted;
An ultrasonic image generating unit that receives the reception signals for each of the ultrasonic elements from the memory and performs reception beamforming processing using a delay time set based on a sound velocity for beamforming to generate an image for a predetermined imaging range;
A sound speed change image generating unit that generates a plurality of types of the image in which the sound speed for beam forming is changed into a plurality of types by causing the ultrasonic image generating unit to generate the plurality of types of the image in which the sound speed for beam forming is changed into a plurality of types by calculation based on the data of the image generated by the ultrasonic image generating unit;
A coherence index calculation unit that obtains a change in the signal strength in the sound speed direction for beamforming by arranging the signal strengths of pixels at corresponding positions between the multiple types of images generated by the sound speed change image generation unit in the order of the sound speed for beamforming, calculates a feature value of the obtained change in signal strength, and outputs a coherence index value representing the coherence of the multiple received signals used in beamforming of the pixel based on the feature value;
An average sound speed estimation unit;
The average sound speed estimating unit estimates an average sound speed, which is an optimal beamforming sound speed of the imaging target corresponding to the position of the pixel where the coherence index is obtained, using the value of the coherence index and the signal intensities of the multiple types of images having different sound speeds for beamforming, sets the estimated average sound speed as the sound speed for beamforming for the ultrasound image generating unit, and executes subsequent imaging;
the coherence index calculation unit calculates a value of the coherence index for each of a plurality of pixels included in a predetermined ROI within the imaging range;
The average sound speed estimation unit is
A process of calculating a product of the signal intensity of the pixel for which the coherence index is calculated and the value of the coherence index, and calculating a sum or average value of the product over the ROI as a focus index, is performed for each of the ROIs corresponding to the plurality of types of images having different sound velocities for beamforming;
An ultrasonic imaging apparatus comprising: determining the image in which the obtained focus index is maximized; and estimating the beamforming sound speed of the determined image as the average sound speed.
請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記特徴量は、前記信号強度の変化を2次の係数が負値の多項式に近似した場合の近似精度を表す値であり、2. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the feature amount is a value representing an approximation accuracy when the change in the signal intensity is approximated to a polynomial with a negative quadratic coefficient,
前記コヒーレンス指標算出部は、前記近似精度が高いほど、当該画素のビームフォーミングに用いた複数の前記受信信号のコヒーレンス性が大きいとして、大きな値をコヒーレンス指標の値として出力することを特徴とする超音波撮像装置。The coherence index calculation unit outputs a larger value as the coherence index value, assuming that the higher the approximation accuracy, the greater the coherence of the multiple received signals used in beamforming of the pixel.
超音波の送信を受けた撮像対象において反射された超音波を、複数の超音波素子の列が受信し、前記超音波素子ごとに出力する受信信号を格納するメモリと、
前記メモリから複数の前記超音波素子ごとの前記受信信号を受け取って、ビームフォーミング用音速に基づいて設定した遅延時間を用いて受信ビームフォーミング処理することにより、所定の撮像範囲について画像を生成する超音波画像生成部と、
前記ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の前記画像を前記超音波画像生成部に生成させるか、または、前記超音波画像生成部が生成した前記画像のデータに基づいて演算により前記ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の前記画像を生成する音速変化画像生成部と、
前記音速変化画像生成部が生成した複数種類の前記画像間の対応する位置の画素の信号強度を前記ビームフォーミング用音速の順に並べることによりビームフォーミング用音速方向の前記信号強度の変化を求め、求めた前記信号強度の変化の特徴量を算出し、前記特徴量に基づき、当該画素のビームフォーミングに用いた複数の前記受信信号のコヒーレンス性を表すコヒーレンス指標の値を出力するコヒーレンス指標算出部と、
平均音速推定部と、
最大信号強度取得音速算出部を有し
前記平均音速推定部は、前記コヒーレンス指標の値と、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像の信号強度とを用いて、前記コヒーレンス指標を求めた前記画素の位置に対応する前記撮像対象の最適なビームフォーミング音速である平均音速を推定し、推定した前記平均音速を前記超音波画像生成部に対して前記ビームフォーミング用音速として設定し、その後の撮像を実行させ、
前記最大信号強度取得音速算出部は、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像の対応するROI内の前記画素の信号強度を、複数種類の前記画像の対応する位置の画素間で比べることにより、前記信号強度が最大となる前記画像を選択し、選択した前記画像の前記ビームフォーミング用音速を前記画素の位置の最大信号強度取得音速として求め、
前記コヒーレンス指標算出部は、前記ROI内の前記画素について前記コヒーレンス指標を算出し、
前記平均音速推定部は、算出した前記コヒーレンス指標の値により前記最大信号強度取得音速を重み付けした重み付け後最大信号強度取得音速を用いて前記平均音速を推定し、
前記コヒーレンス指標算出部および前記最大信号強度取得音速算出部は、前記ROI内の複数の前記画素について前記コヒーレンス指標の値および前記最大信号強度取得音速をそれぞれ算出し、
前記平均音速推定部は、前記ROI内の複数の前記画素について前記重み付け後最大信号強度取得音速を求め、その平均値を前記平均音速とし、
前記コヒーレンス指標算出部は、前記ROI内における前記コヒーレンス指標の値の分布を求め、
前記最大信号強度取得音速算出部は、前記ROI内における前記最大信号強度取得音速の分布を求め、
前記平均音速推定部は、前記ROI内の前記コヒーレンス指標の値の分布により前記ROI内の前記最大信号強度取得音速の分布を重み付けすることにより前記重み付け後最大信号強度取得音速の分布を求め、前記重み付け後最大信号強度取得音速の分布の平均値を平均音速とすることを特徴とする超音波撮像装置。
A memory for storing a received signal output from each of a plurality of ultrasonic elements, the received ultrasonic waves being reflected by an imaging target to which the ultrasonic waves are transmitted;
An ultrasonic image generating unit that receives the reception signals for each of the ultrasonic elements from the memory and performs reception beamforming processing using a delay time set based on a sound velocity for beamforming to generate an image for a predetermined imaging range;
A sound speed change image generating unit that generates a plurality of types of the image in which the sound speed for beam forming is changed into a plurality of types by causing the ultrasonic image generating unit to generate the plurality of types of the image in which the sound speed for beam forming is changed into a plurality of types by calculation based on the data of the image generated by the ultrasonic image generating unit;
A coherence index calculation unit that obtains a change in the signal strength in the sound speed direction for beamforming by arranging the signal strengths of pixels at corresponding positions between the multiple types of images generated by the sound speed change image generation unit in the order of the sound speed for beamforming, calculates a feature value of the obtained change in signal strength, and outputs a coherence index value representing the coherence of the multiple received signals used in beamforming of the pixel based on the feature value;
An average sound speed estimation unit;
Maximum signal strength acquisition and sound speed calculation unit
The average sound speed estimating unit estimates an average sound speed, which is an optimal beamforming sound speed of the imaging target corresponding to the position of the pixel where the coherence index is obtained, using the value of the coherence index and the signal intensities of the multiple types of images having different sound speeds for beamforming, sets the estimated average sound speed as the sound speed for beamforming for the ultrasound image generating unit, and executes subsequent imaging;
The maximum signal intensity acquisition sound velocity calculation unit selects the image in which the signal intensity is maximum by comparing the signal intensity of the pixel in the corresponding ROI of the plurality of types of the images having different sound velocities for beamforming between pixels at corresponding positions of the plurality of types of the images, and obtains the sound velocity for beamforming of the selected image as the maximum signal intensity acquisition sound velocity at the position of the pixel,
The coherence index calculation unit calculates the coherence index for the pixels in the ROI,
The average sound speed estimating unit estimates the average sound speed using a weighted maximum signal strength acquisition sound speed obtained by weighting the maximum signal strength acquisition sound speed by the calculated coherence index value,
The coherence index calculation unit and the maximum signal intensity acquisition sound speed calculation unit calculate the coherence index value and the maximum signal intensity acquisition sound speed for the plurality of pixels in the ROI,
The average sound speed estimation unit obtains the weighted maximum signal intensity acquisition sound speed for the plurality of pixels in the ROI, and sets the average value of the weighted maximum signal intensity acquisition sound speed as the average sound speed;
the coherence index calculation unit calculates a distribution of the coherence index values within the ROI;
The maximum signal intensity acquisition sound speed calculation unit calculates a distribution of the maximum signal intensity acquisition sound speed within the ROI,
The average sound speed estimation unit obtains a distribution of the weighted maximum signal strength acquired sound speed by weighting the distribution of the maximum signal strength acquired sound speed within the ROI by the distribution of the coherence index values within the ROI, and determines the average value of the distribution of the weighted maximum signal strength acquired sound speed as the average sound speed. An ultrasound imaging device characterized by the above.
超音波の送信を受けた撮像対象において反射された超音波を、複数の超音波素子の列が受信し、前記超音波素子ごとに出力する受信信号を格納するメモリと、
前記メモリから複数の前記超音波素子ごとの前記受信信号を受け取って、ビームフォーミング用音速に基づいて設定した遅延時間を用いて受信ビームフォーミング処理することにより、所定の撮像範囲について画像を生成する超音波画像生成部と、
前記ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の前記画像を前記超音波画像生成部に生成させるか、または、前記超音波画像生成部が生成した前記画像のデータに基づいて演算により前記ビームフォーミング用音速を複数種類に変化させた複数種類の前記画像を生成する音速変化画像生成部と、
前記音速変化画像生成部が生成した複数種類の前記画像間の対応する位置の画素の信号強度を前記ビームフォーミング用音速の順に並べることによりビームフォーミング用音速方向の前記信号強度の変化を求め、求めた前記信号強度の変化の特徴量を算出し、前記特徴量に基づき、当該画素のビームフォーミングに用いた複数の前記受信信号のコヒーレンス性を表すコヒーレンス指標の値を出力するコヒーレンス指標算出部と、
画像処理部とを有し、
前記画像処理部は、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像のうち1以上の画像の信号強度と、前記コヒーレンス指標の値とを用いて、処理後画像を生成し、
前記コヒーレンス指標算出部は、撮像範囲に含まれる複数の前記画素について前記コヒーレンス指標の値を算出することにより、画像内の前記コヒーレンス指標の分布を求め、
前記画像処理部は、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像のうち1以上の画像について、前記コヒーレンス指標の値がコヒーレンス性が高いことを示す第1領域の信号強度を、前記コヒーレンス指標の値が前記第1領域よりも前記コヒーレンス性が低いことを示す第2領域の信号強度よりも大きくなるように画像処理を行って前記処理後画像を生成し、
前記画像処理部は、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像の対応する位置の前記画素の信号強度を重み付け加算することにより前記処理後画像を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
A memory for storing a received signal output from each of a plurality of ultrasonic elements, the received ultrasonic waves being reflected by an imaging target to which the ultrasonic waves are transmitted;
An ultrasonic image generating unit that receives the reception signals for each of the ultrasonic elements from the memory and performs reception beamforming processing using a delay time set based on a sound velocity for beamforming to generate an image for a predetermined imaging range;
A sound speed change image generating unit that generates a plurality of types of the image in which the sound speed for beam forming is changed into a plurality of types by causing the ultrasonic image generating unit to generate the plurality of types of the image in which the sound speed for beam forming is changed into a plurality of types by calculation based on the data of the image generated by the ultrasonic image generating unit;
A coherence index calculation unit that obtains a change in the signal strength in the sound speed direction for beamforming by arranging the signal strengths of pixels at corresponding positions between the multiple types of images generated by the sound speed change image generation unit in the order of the sound speed for beamforming, calculates a feature value of the obtained change in signal strength, and outputs a coherence index value representing the coherence of the multiple received signals used in beamforming of the pixel based on the feature value;
An image processing unit,
The image processing unit generates a processed image using the signal intensity of one or more images among the plurality of types of images having different sound velocities for beamforming and the value of the coherence index,
the coherence index calculation unit calculates values of the coherence index for a plurality of the pixels included in an imaging range to obtain a distribution of the coherence index within the image;
The image processing unit performs image processing for one or more images among the multiple types of images having different sound velocities for beamforming such that a signal intensity of a first region in which the coherence index value indicates high coherence is greater than a signal intensity of a second region in which the coherence index value indicates lower coherence than the first region, thereby generating the processed image;
The ultrasonic imaging device according to claim 1, wherein the image processing unit generates the processed image by weighting and adding signal intensities of the pixels at corresponding positions of a plurality of types of the images having different sound velocities for beamforming.
請求項に記載の超音波撮像装置であって、最大信号強度取得音速算出部をさらに有し、
前記最大信号強度取得音速算出部は、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像の対応する位置の前記画素の信号強度を、複数種類の前記画像間で比べ、前記信号強度が最大となる前記画像を選択し、選択した前記画像の前記ビームフォーミング用音速を前記画素の位置の最大信号強度取得音速として求めることにより、前記最大信号強度取得音速の分布を求め、
前記画像処理部は、前記重み付けの際の前記最大信号強度取得音速を前記ビームフォーミング用音速とする前記画像の信号強度の重みを、前記コヒーレンス指標の示すコヒーレンス性が大きい画素ほど大きくなるように設定することを特徴とする超音波撮像装置。
5. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 4 , further comprising a maximum signal intensity acquisition sound velocity calculation unit,
The maximum signal strength acquisition sound speed calculation unit compares the signal strength of the pixel at the corresponding position of the multiple types of the images having different sound speeds for beamforming between the multiple types of the images, selects the image in which the signal strength is maximum, and obtains the sound speed for beamforming of the selected image as the maximum signal strength acquisition sound speed at the position of the pixel, thereby obtaining a distribution of the maximum signal strength acquisition sound speed,
The image processing unit sets the weighting of the signal intensity of the image, in which the maximum signal intensity acquisition sound speed during the weighting is the sound speed for beamforming, so that the weighting is larger for pixels with greater coherence indicated by the coherence index.
請求項に記載の超音波撮像装置であって、最小信号強度取得音速算出部をさらに有し、
前記最小信号強度取得音速算出部は、前記ビームフォーミング用音速が異なる複数種類の前記画像の対応する位置の前記画素の信号強度を、複数種類の前記画像間で比べ、前記信号強度が最小となる前記画像を選択し、選択した前記画像の前記ビームフォーミング用音速を前記画素の位置の最小信号強度取得音速として求め、
前記画像処理部は、前記重み付けの際に、所定値よりもコヒーレンス値が大きい画素は、前記最大信号強度取得音速を前記ビームフォーミング用音速とする前記画像の信号強度の重みが、前記最小信号強度取得音速を前記ビームフォーミング用音速とする前記画像の信号強度の重みよりも大きく、所定値よりもコヒーレンス値が小さい画素は、前記最小信号強度取得音速を前記ビームフォーミング用音速とする前記画像の信号強度の重みが、前記最大信号強度取得音速を前記ビームフォーミング用音速とする前記画像の信号強度の重みよりも大きくなるように設定することを特徴とする超音波撮像装置。
6. The ultrasonic imaging apparatus according to claim 5 , further comprising a minimum signal intensity acquisition sound velocity calculation unit,
The minimum signal strength acquisition sound speed calculation unit compares the signal strength of the pixel at the corresponding position of the plurality of types of the images having different sound speeds for beamforming between the plurality of types of the images, selects the image in which the signal strength is minimum, and obtains the sound speed for beamforming of the selected image as the minimum signal strength acquisition sound speed at the position of the pixel,
The image processing unit is characterized in that, during the weighting, for pixels having a coherence value greater than a predetermined value, the signal strength weight of the image in which the maximum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming is greater than the signal strength weight of the image in which the minimum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming, and for pixels having a coherence value smaller than a predetermined value, the signal strength weight of the image in which the minimum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming is greater than the signal strength weight of the image in which the maximum signal strength acquisition sound speed is the sound speed for beamforming.
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